KR0157138B1 - Gate drive circuit for voltage driven type power switching device - Google Patents
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Abstract
전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트전압을 생성하는 제어 장치와, 게이트전압을 수신하여 게이트에 인가된 전압구동형 파워스위칭 장치에 흐르는 메인회로 전류로부터 나오는 자속의 영향을 보정하기 위하여 보정된 게이트 전압을 생성하도록 상기 제어장치에 접속되는 보정장치를 포함하는 것이 특징인 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로. 상기 보정된 게이트전압은 전압구동형 파워스위칭 게이트에 인가된다.A control device for generating a gate voltage for the voltage-driven power switching device; And a compensator connected to said control device to generate said gate drive circuit for a voltage driven type power switching device. The corrected gate voltage is applied to the voltage driven power switching gate.
Description
제1도는 본 발명의 일 실시예에 의한 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로의 회로도.1 is a circuit diagram of a gate drive circuit for a voltage driven type power switching device according to an embodiment of the present invention.
제2도는 제1도에 보인 실시예의 작용을 설명하기 위한 파형도.2 is a waveform diagram for explaining the operation of the embodiment shown in FIG.
제3도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로의 회로도.3 is a circuit diagram of a gate drive circuit for a voltage driven type power switching device according to another embodiment of the present invention.
제4도는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로의 회로도.4 is a circuit diagram of a gate driving circuit for a voltage driven type power switching device according to another embodiment of the present invention.
제5도는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로의 회로도.5 is a circuit diagram of a gate driving circuit for a voltage driven type power switching device according to another embodiment of the present invention.
제6도는 종래의 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로의 회로도.6 is a circuit diagram of a gate driving circuit for a conventional voltage driven power switching device.
제7도는 제6도에 보인 종래의 게이트구동회로의 작용을 설명하는 파형도.FIG. 7 is a waveform diagram illustrating the operation of the conventional gate drive circuit shown in FIG.
본 발명은 전압구동형 파워스위칭 장치의 스위칭 온/오프를 제어하는 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트 구동회로에 관한 것이다.The present invention relates to a gate drive circuit for a voltage driven power switching device for controlling the switching on / off of the voltage driven power switching device.
전압구동형 파워스위칭 장치로서, 절연게이트 전계효과 트랜지스터(이후 IGBT라함) 또는 전계효과 트랜지스터가 사용된다. 이 장치들은 각각 큰입력임피던스를 갖고있어 그의 게이트에 게이트전압을 인가함으로써 그의 온/오프 스위칭을 제어할 수 있다.As a voltage-driven power switching device, an insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as IGBT) or a field effect transistor is used. Each of these devices has a large input impedance so that its on / off switching can be controlled by applying a gate voltage to its gate.
종래의 IGBT용 게이트구동회로가 제6도에 도시되어 있다. 여기서는 IGBT(1)의 온/오프 스위칭을 제어하기 위해 제어장치(2)로부터 출력되는 게이트전압(Vg)을 2심연선(twisted pair wire)등과 같은 신호선(3)에 의해 IGBT(1)의 게이트와 에미터간에 공급한다. 이 경우에 IGBT(1)의 콜렉터 또는 에미터에 접속된 도체에 흐르는 메인회로 전류로 인한 자속의 효과가 가능한한 작아지도록 배선을 만든다.A conventional IGBT gate drive circuit is shown in FIG. Here, the gate voltage Vg output from the control device 2 is controlled by the signal line 3 such as a twisted pair wire or the like to control the on / off switching of the IGBT 1 by the gate of the IGBT 1. Supply between and emitter. In this case, the wiring is made so that the effect of the magnetic flux due to the main circuit current flowing through the conductor connected to the collector or emitter of the IGBT 1 is as small as possible.
그러나 실제에 있어서 상대적인 물리적 위치로 인해 메인회로 전류에 기인된 자속의 효과를 완전하게 제거하는 것이 불가능하다. 그러므로, 이 자속으로 인해 유기되는 전압이 신호선(3)에서 발생하여 IGBT(1)의 게이트와 에미터간의 전압(Vge)에 나쁜 영향을 주는 경우가 있다.In practice, however, the relative physical position makes it impossible to completely eliminate the effects of magnetic flux due to the main circuit current. Therefore, a voltage induced by the magnetic flux may be generated in the signal line 3 to adversely affect the voltage Vge between the gate and the emitter of the IGBT 1.
예를들어 유기된 전압(Vx)은 IGBT(1)의 에미터전류(Ie)의 변동으로 인한 자속(ψ)의 변동에 의해 신호선(3)의 일부에서 발생한다. 이 유기된 전압(Vx)의 극성이 제7도에 보인바와 같은 방향에 있을 경우 에미터전류(Ie)가 증가 또는 감소하는 방향으로 변동할 때 IGBT(1)의 게이트와 에미터간에 인가된 전압(Vge)이 상승 또는 하강한다. 이 경우에 다음과 같은 문제점들이 발생한다.For example, the induced voltage Vx is generated in part of the signal line 3 due to a change in the magnetic flux ψ caused by the change in the emitter current Ie of the IGBT 1. The voltage applied between the gate and the emitter of the IGBT 1 when the polarity of the induced voltage Vx is in the direction shown in FIG. 7 when the emitter current Ie changes in the direction of increasing or decreasing. Vge rises or falls. In this case, the following problems arise.
구체적으로 IGBT(1)의 콜렉터와 에미터에 흐르는 메인회로 전류가 증가방향으로 변할 때 IGBT(1)의 게이트와 에미터간의 전압(Vge)이 상승하면 IGBT(1)의 콜렉터와 에미터간의 전압(Vce)이 강하하게 되므로 정궤환 작용이 생성되어 메인회로 전류가 더 증가한다. 그러므로 부하의 단락으로 인해 IGBT(1)의 메인회로 전류가 급격히 증가하면 예를들어 게이트와 에미터간의 전압(Vge)이 상승하면 메인회로 전류가 더욱 상승하므로 결국 IGBT(1)를 과전류로부터 보호할수없어 손상될 수 있다.Specifically, when the voltage Vge between the gate and the emitter of the IGBT 1 rises when the main circuit current flowing through the collector and the emitter of the IGBT 1 changes in the increasing direction, the voltage between the collector and the emitter of the IGBT 1 is increased. Since Vce drops, a positive feedback action is generated, which increases the main circuit current further. Therefore, if the main circuit current of the IGBT (1) is rapidly increased due to the short circuit of the load, for example, if the voltage (Vge) between the gate and the emitter is increased, the main circuit current is further increased. It can be damaged.
더욱이 IGBT(1)에 흐르는 메인회로 전류가 감소방향으로 변경할 때 게이트와 에미터간 전압(Vge)이 강하하면 콜렉터와 에미터간 전압(Vce)이 상승하게 되어 정궤환 작용이 생성되어 메인회로 전류가 더 강하한다. 그러므로 제어장치(2)로부터 출력된 게이트전압(Vg)이 규정된 감소율로 감소되어 IGBT(1)의 메인회로 전류가 0으로 감소할 때 메인회로 전류가 정궤한 작용으로 인해 더 급격히 하강하여 IGBT(1)의 콜렉터와 에미터간에 과잉전압이 메인회로에 존재하는 부동인덕턴스(도시안됨)로 인한 백(back) e.m.f 에 의해 생성되어 IGBT(1)를 손상시킬 위험이 있다. 더욱이 IGBT(1)가 상술한 바와같이 과전류 또는 과전압에 의해 손상되지 않더라도 전술한 바와같은 정궤한 작용으로 인해 IGBT(1)의 메인회로 전류에 고주파수발진이 생겨 IGBT(1)의 수명에 나쁜 영향을 줄 위험이 있다.In addition, when the voltage between gate and emitter (Vge) drops when the main circuit current flowing in the IGBT (1) changes in the decreasing direction, the voltage between the collector and emitter (Vce) rises to generate a positive feedback action, thereby further increasing the main circuit current. Descend. Therefore, when the gate voltage Vg output from the control device 2 decreases at the prescribed reduction rate, and the main circuit current of the IGBT 1 decreases to 0, the main circuit current falls more rapidly due to the orthogonal action. Excess voltage between collector and emitter in 1) is generated by back emf due to floating inductance (not shown) present in main circuit, which may damage IGBT (1). Moreover, even if the IGBT 1 is not damaged by the overcurrent or the overvoltage as described above, the high frequency oscillation occurs in the main circuit current of the IGBT 1 due to the exact action as described above, which adversely affects the life of the IGBT 1. There is a risk.
따라서 본 발명의 목적은 전압구동형 파워스위칭 장치의 안정한 스위칭 제어를 행할 수 있는 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a gate drive circuit for a voltage driven type power switching device that can perform stable switching control of the voltage driven type power switching device.
본 발명의 다른 목적은 게이트에 인가된 전압구동형 파워스위칭 장치에 흐르는 메인회로 전류로 인한 자속의 나쁜 영향을 줄일 수 있는 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트 구동회로를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a gate driving circuit for a voltage driven power switching device that can reduce the adverse effect of the magnetic flux caused by the main circuit current flowing through the voltage driven power switching device applied to the gate.
본 발명의 다른 목적은 게이트에 인가된 전압구동형 파워스위칭 장치에 흐르는 메인회로 전류로 인한 자속에의한 정궤환 작용의 나쁜 영향을 방지할 수 있는 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a gate drive circuit for a voltage driven power switching device that can prevent the adverse effect of the positive feedback action by the magnetic flux due to the main circuit current flowing through the voltage driven power switching device applied to the gate. It is.
본 발명의 상술한 목적 및 기타 목적은 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트전압을 생성하는 제어 장치와, 게이트전압을 수신하여 게이트에 인가된 전압구동형 파워스위칭 장치에 흐르는 메인회로 전류로부터 나오는 자속의 영향을 보정하기 위하여 보정된 게이트전압을 생성하도록 상기 제어장치에 접속되는 보정장치를 포함하는 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로를 제공함으로서 성취될 수 있다.The above and other objects of the present invention provide a control device for generating a gate voltage for a voltage-driven power switching device, and a magnetic flux generated from a main circuit current flowing through the voltage-driven power switching device applied to the gate by receiving the gate voltage. It can be achieved by providing a gate drive circuit for a voltage driven type power switching device including a correction device connected to the control device to generate a corrected gate voltage for correcting the effect.
이하 본 발명을 더욱 명확히 이해하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 도면들에서 동일부분은 동일번호로 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to more clearly understand the present invention. In the drawings, like parts are designated by like reference numerals.
제1도에는 본 발명의 일실시예가 도시되어 있다. 여기서 IGBT(1), 제어장치(2), 및 신호선(3)은 제6도에 보인 종래의것과 동일하다. IGBT(1)의 콜렉터에 접속된 도체에 능동적으로 전자결합된 결합선(4)이 새로이 설비된다. 본 실시예는 제어장치로부터 출력된 게이트전압(Vg)이 이 결합선(4)을 통해 IGBT(1)의 게이트와 에미터간에 공급되도록 구성된다.1 illustrates an embodiment of the present invention. Here, the IGBT 1, the control device 2, and the signal line 3 are the same as the conventional one shown in FIG. A coupling line 4 which is actively electromagnetically coupled to the conductor connected to the collector of the IGBT 1 is newly installed. This embodiment is configured such that the gate voltage Vg output from the control device is supplied between the gate and the emitter of the IGBT 1 via this coupling line 4.
전술한 구성에서 게이트전압(Vg)이 게이트전압 제어장치(2)로부터 출력되고 IGBT(1)의 콜렉터에 전류(Ic)가 흐를 때 이 전류(Ic)의 변동율 (dIC/dt)에 상응하는 유기전압(Vy)이 결합선(4)내에 생성된다. 이 유기전압(Vy)은 게이트전압(Vg)에 가산되어 전류(Ic)가 증가 또는 감소 방향으로 변동할 때 IGBT(1)의 게이트와 에미터간에 공급되는 전압(Vge)이 제2도에 보인 바와같이 상승 또는 하강하도록 작용한다. 그에 의해 신호선(3)에서 유기되는 전압(Vx)의 정궤환 작용이 수행되고 또한 부궤환 작용을 적용하는 것도 가능하다.In the above-described configuration, when the gate voltage Vg is output from the gate voltage control device 2 and the current Ic flows through the collector of the IGBT 1, it corresponds to the rate of change dI C / dt of the current Ic. The induced voltage Vy is generated in the coupling line 4. This induced voltage Vy is added to the gate voltage Vg so that the voltage Vge supplied between the gate and the emitter of the IGBT 1 when the current Ic changes in the increasing or decreasing direction is shown in FIG. Act to ascend or descend as shown. Thereby, the positive feedback action of the voltage Vx induced by the signal line 3 is performed, and it is also possible to apply the negative feedback action.
또한 결합선(4)은 IGBT(1)에 인접 설치된 인쇄회로기판상에 구비하여 전자결합의 결합계수를 조정할 수 있도록 실시할 수 있다.In addition, the coupling line 4 may be provided on a printed circuit board adjacent to the IGBT 1 to adjust the coupling coefficient of the electromagnetic coupling.
따라서 전자결합의 결합계수를 조정하여 정궤환 작용을 감소시키거나, 제거 또는 부궤환 작용을 적용하는 것이 가능하다.Therefore, it is possible to reduce the forward feedback action or apply the removal or negative feedback action by adjusting the binding coefficient of the electron bond.
제3도는 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어있다. 이 도면은 IGBT(1)의 에미터에 접속된 도체에 능동적으로 전자결합되는 결합선(4)이 구비된 경우를 나타낸다. IGBT(1)의 에미터전류(Ie)는 콜렉터전류(Ic)와 사실상 동일하므로 상술한 실시예와 동일한 동작과 효과를 얻을 수 있다.3 shows another embodiment of the present invention. This figure shows the case where the coupling line 4 which is actively electromagnetically coupled to the conductor connected to the emitter of the IGBT 1 is provided. Since the emitter current Ie of the IGBT 1 is substantially the same as the collector current Ic, the same operation and effect as the above-described embodiment can be obtained.
제4도에는 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어있다. 이 실시예에서는 리액터와 같은 임피던스 소자(5)가 IGBT(1)의 에미터측에 직렬로 접속된다. 이 실시예의 구성은 제어장치(2)로부터 출력된 게이트전압(Vg)이 IGBT(1)의 게이트와 임피던스 소자(5)의 일 단자(비에미터측)간의 신호선(3)을 통해 공급된다.4 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, an impedance element 5 such as a reactor is connected in series to the emitter side of the IGBT 1. In the configuration of this embodiment, the gate voltage Vg output from the control device 2 is supplied through the signal line 3 between the gate of the IGBT 1 and one terminal (non-emitter side) of the impedance element 5.
전술한 구성에서 게이트전압(Vg)이 출력되고 에미터전류(Ie)가 IGBT(1)에 흐르면 에미터전류(Ie)로부터 결과된 전압강하(Vy)가 임피던스 소자(5)에 생긴다. 이 전압(Vy)은 IGBT(1)의 게이트와 에미터간에 인가된 전압(Vge)을 강하시키는 방향으로 작용하여 결국 부궤환으로서 작용한다. 또한 임피던스 소자(5)로서 인덕턴스 소자를 사용하면 인덕턴스 소자에 에미터전류(Ie)의 전류변동율(dic/dt)에 상응하는 전압강하(Vy)가 생기므로 전술한 실시예와 동일한 작용을 성취할 수 있다.In the above-described configuration, when the gate voltage Vg is output and the emitter current Ie flows through the IGBT 1, the voltage drop Vy resulting from the emitter current Ie is generated in the impedance element 5. This voltage Vy acts in the direction of dropping the voltage Vge applied between the gate and the emitter of the IGBT 1 and eventually acts as a negative feedback. In addition, when the inductance element is used as the impedance element 5, the voltage drop Vy corresponding to the current variation ratio dic / dt of the emitter current Ie is generated in the inductance element, thereby achieving the same operation as the above-described embodiment. Can be.
제5도에는 본 발명의 또다른 실시예가 도시되어있다. 이 실시예의 구성은 트랜스포머(6)의 1차권이 IGBT(1)의 에미터측에 직렬로 접속되고 IGBT(1)의 게이트와 에미터간에 제어장치(2)로부터 출력된 게이트전압을 신호선(3)에 의해 공급할시에 트랜스포머(6)의 2차권선이 이 신호선(3)의 중간에 삽입되는 식으로 되어있다.5, another embodiment of the present invention is shown. In this embodiment, the primary winding of the transformer 6 is connected in series to the emitter side of the IGBT 1, and the gate voltage output from the controller 2 between the gate and the emitter of the IGBT 1 is converted into a signal line 3. The secondary winding of the transformer 6 is inserted in the middle of the signal line 3 at the time of supply by the feeder.
전술한 구성에서는 IGBT(1)에 에미터전류(Ie)가 흐르면 에미터전류(Ie)의 전류변동율(dic/dt)에 상응하는 유기전압(Vy)이 트랜스포머(6)의 2차권선에 생긴다. 전술한 실시예와 동일한 작용을 달성할 수 있다.In the above configuration, when the emitter current Ie flows through the IGBT 1, an induced voltage Vy corresponding to the current variation rate dic / dt of the emitter current Ie is generated in the secondary winding of the transformer 6. . The same operation as in the above-described embodiment can be achieved.
이들 실시예에 의하면 전술한 정궤환 작용을 취소하고 부궤환 작용을 적용하는 것이 가능하다. 예를들어 부하등의 단락으로 인해 IGBT(1)내의 메인회로 전류가 급격히 증가하면 게이트와 에미터간의 전압(Vge)이 상승하고 또한 메인회로 전류가 더 상승하는 것을 방지함으로서 IGBT(1)가 과전압에 의해 손상되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 또한 게이트전압(Vg)이 규정된 감소율로 감소되고 IGBT(1)의 메인회로 전류가 0으로 강하될 때 IGBT(1)의 콜렉터와 에미터간에 과잉전압이 생기는 것을 방지할 수 있다.According to these embodiments, it is possible to cancel the aforementioned positive feedback action and apply the negative feedback action. For example, if the main circuit current in the IGBT 1 increases rapidly due to a short circuit, such as a load, the IGBT 1 overvoltages by preventing the voltage Vge between the gate and the emitter from rising and also increasing the main circuit current. It is possible to prevent damage by In addition, when the gate voltage Vg is reduced to a prescribed decrease rate and the main circuit current of the IGBT 1 drops to zero, it is possible to prevent the excess voltage between the collector and the emitter of the IGBT 1 from occurring.
더욱이 IGBT(1)의 메인회로 전류내의 고주파수 발진의 생성도 방지될 수 있어 IGBT(1)의 동작 신뢰성이 향상 될 수 있다.Furthermore, generation of high frequency oscillations in the main circuit current of the IGBT 1 can also be prevented, so that the operation reliability of the IGBT 1 can be improved.
본 발명에 의하면 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로를 제공함으로서 게이트구동회로전압구동형 파워스위칭 장치의 게이트와 에미터간의 전압이 콜렉터전류 또는 에미터전류로 인한 자속에 의해 악영향을 받는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 안정된 스위칭 제어를 행할 수 있다.According to the present invention, by providing a gate driving circuit for a voltage driven power switching device, the voltage between the gate and the emitter of the gate driving circuit voltage driving power switching device is prevented from being adversely affected by the magnetic flux caused by the collector current or the emitter current. Not only that but also stable switching control can be performed.
지금까지 몇가지 실시예를 설명했지만 본 발명은 이들 실시예에만 한정 되지 않고 본 발명의 정신과 청구범위에서 벗어나지 않는 범위내에서 여러다른 실시예로 수정 변경 할수 있다.While some embodiments have been described so far, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made to other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention.
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